加热炉是冶金化工工业的关键装备之一，其工作状况对整个装置的效率、能耗和环保有极为重要的影响。由于高温和测量困难，研究人员对炉内燃烧和传热过程的细节知之甚少；利用数值模拟的方法，准确的描述和确定加热炉内火焰面的位置以及化学反应标量的分布情况对生产管理者具有重要意义。 本文针对二维稳态湍流非预混燃烧模型进行数值模拟研究，其数学模型主要分为湍流流动模型、简化化学反应模型和湍流燃烧模型。湍流流动模型采用连续性方程、N-S方程和k-ε方程；简化化学反应模型采用甲烷/空气58步半详细化学反应机理；湍流燃烧模型采用基于混合分数的小火焰模型，这是本文研究的重点。 小火焰模型的基本思想是假定湍流火焰的反应区薄于湍流的最小尺度，并将湍流非预混火焰看作是薄的移动的非预混层流火焰面的一个系综。在模型的计算中，首先推导出相关的小火焰方程，对它求解并存入小火焰数据库，然后在湍流燃烧场中求出小火焰数据库中标量(组分浓度和温度)所依赖的参数值(混合物分数Z和标量耗散率x)，进而在小火焰数据库中查表就可以得到所需要的标量结果，从而大大减少计算的工作量。小火焰方程可以精确处理化学反应过程，在湍流燃烧计算中，湍流和化学反应的相互作用使用概率密度函数的方法进行处理。 在湍流扩散火焰的条件下，对两种不同的过量空气系数情况下的扩散火焰进行模拟，结果表明：不同的过量空气系数对火焰面的位置影响不大；过量空气系数增大到1.4，火焰面温度略有降低，由于空气速度增加，CO的排放量增大，燃烧室出口温度升高；小火焰模型不仅能够很好的确定火焰面的位置，而且对模拟湍流扩散火焰的主要结构(温度和主要组分的摩尔分数)及中间产物CO、H2也能给出较合理的预测值。小火焰模型应用在模拟湍流燃烧问题中，可以较大幅度的节省计算时间，本文为在复杂湍流燃烧问题中推广应用提供了先决条件。